QUALE FUTURO QUALE FUTURO
Conversazione a cura del Dr. Ing. Andrea Borio di Tigliole Laboratorio Energia Nucleare Applicata (L.E.N.A.)
Università degli Studi di Pavia
Pavia - Aula del 400 - Lunedì 7 Aprile 2008
Atomo
Energia di Legame del Nucleo
Prompt Energy (MeV) 187
Fission Products kinetic energy 167 Fission Neutrons kinetic energy 5
Fission γ-ray energy 5
Capture γ-ray energy 10
Delayed Energy (MeV) 23
Fission Product β-decay energy 7 Fission Product γ-decay energy 6
Neutrinos 10
TOTAL (MeV) 210
La Reazione di Fissione Nucleare
Schema di un impianto nucleare di potenza
• Dove: Oklo nel Gabon
• Quando: 1.7 Miliardi di anni fa
• Quanti reattori: almeno 17
• Per quanto tempo: > 1 Milione di anni di funzionamento intermittente
• Potenza: circa 20 kWth
• Burn-up: almeno 6 ton di U-235
• Energia Termica prodotta: circa 100 TWh prodotti (~ 12 anni di produzione di un impianto nucleare da 1000 MWe)
• Arricchimento combustibile: circa 3.7% di U-235
• Prodotti di Fissione: 5.4 ton + 1.5 ton di Pu (mobilità dei FP non volatili di pochi cm in 1.5 MLD di anni!!)
• Requisiti per un reattore nucleare naturale:
– Bassa concentrazione di materiali assorbitori di neutroni – Alta concentrazione di materiali moderatori: acqua
– Massa critica per sostenere la catena di fissione
Nel dopoguerra poco si conosceva in merito alla possibilità di sfruttare reattori nucleari per la produzione di energia
elettrica. Poichè non vi erano informazioni precise riguardo
alle scorte di uranio, la NRC decise di verificare se un reattore poteva “autoalimentarsi” e contemporaneamente produrre
energia elettrica. Questa domanda portò alla costruzione del
EBR-1 a 18 km dalla città di Arco nello Idaho (USA).
La costruzione è iniziata nel 1949. Il 20 Dicembre 1951 il reattore EBR-1 ha alimentato 4 lampadine da 200 Watt ciascuna!
Era un reattore veloce a sodio liquido che utilizzava come combustibile Pu.
• I reattori attualmente in esercizio nel Mondo sono 439 in 30 Stati e
producono circa il 15% dell’energia elettrica mondiale
• In Europa, distribuiti in 15 Stati su 27, sono in esercizio 146 reattori che
producono circa il 34% del totale
dell’energia elettrica
Stato No. di Unità Totale MWe
ARGENTINA 2 935
ARMENIA 1 376
BELGIUM 7 5824
BRAZIL 2 1795
BULGARIA 2 1906
CANADA 18 12589
CHINA 11 8572
CZECH REP. 6 3538
FINLAND 4 2696
FRANCE 59 63260
GERMANY 17 20430
HUNGARY 4 1829
INDIA 17 3779
JAPAN 55 47587
KOREA, REP. 20 17454
Stato No. di Unità Totale
MWe
LITHUANIA, REP. 1 1185
MEXICO 2 1360
NETHERLANDS 1 482
PAKISTAN 2 425
ROMANIA 2 1300
RUSSIAN FED. 31 21743
SLOVAK REP. 5 2034
SLOVENIA 1 666
SOUTH AFRICA 2 1800
SPAIN 8 7450
SWEDEN 10 8974
SWITZERLAND 5 3220
TAIWAN, CHINA 6 4921
UKRAINE 15 13107
UNITED KINGDOM 19 10222
USA 104 100356
Totale:
Totale: 439439 371815371815
Età N. Unità Potenza MWe
1 3 1852
2 2 1490
3 4 3852
4 5 4785
5 2 1644
6 6 5059
7 3 2733
8 6 3111
9 4 2787
10 4 3074
11 3 3679
12 6 7028
13 4 3328
14 5 4251
15 9 9023
16 6 4806
17 4 3668
18 10 10632
19 11 10284
20 14 13867
Età N. Unità Potenza MWe
21 22 22260
22 24 24088
23 32 31263
24 33 31814
25 21 16972
26 18 15202
27 22 19664
28 20 15111
29 7 6537
30 14 13007
31 14 10471
32 16 12629
33 11 8200
34 23 15795
35 15 9932
36 10 5975
37 12 5855
38 5 2848
39 7 2805
40 1 217
41 1 217
Totale:
Totale: 439439 371815371815 39
72 111
(25%)
• La potenza elettronucleare installata nel mondo all’epoca del disastro di
Chernobyl (1986) era di 249.001 MWe,
al 08.02.2008 è di 371.815 MWe, con
un incremento del 49.3%!
• La maggior parte degli Stati nuclearizzati non
costruiscono nuovi impianti da diversi anni non per mancanza di fiducia nei confronti della fonte nucleare ma per almeno tre ragioni oggettive:
1. perché, salvo casi particolari come la Francia, gli
Stati che posseggono un serio piano energetico una volta raggiunto un mix produttivo ottimale (nucleare, fonti fossili, idroelettrico e fonti rinnovabili) non
devono realizzare nuovi impianti nucleari, almeno fino alla fine della loro vita tecnologica;
2. perché gli impianti attualmente in esercizio si stanno
dimostrando ben più longevi del previsto in quanto
sono in grado di funzionare per circa 60 anni contro i
30-35 preventivati;
3. perché un tale allungamento della vita tecnologica, unitamente ad una ottimizzazione della gestione
dell’esercizio degli impianti, equivale ad un raddoppio virtuale degli impianti nucleari installati (gli USA, ad esempio, con le loro 104 centrali nucleari soddisfano il 19.4% del fabbisogno elettrico nazionale e non
costruiscono nuove centrali da 20 anni perché hanno aggiunto una centrale nucleare “virtuale” all’anno
grazie ad una ottimizzazione della gestione e
all’aumento della potenza di esercizio di quelle
esistenti).
Year
MWe
Stato N. Unità Potenza MWe
ARGENTINA 1 692
BULGARIA 2 1906
CHINA 5 4220
FINLAND 1 1600
FRANCE 1 1600
TAIWAN, CHINA 2 2600
UKRAINE 2 1900
INDIA 6 2910
IRAN, ISLAMIC REPUBLIC 1 915
JAPAN 1 866
KOREA, REPUBLIC OF 3 2880
PAKISTAN 1 300
RUSSIAN FEDERATION 7 4585
Reattori in costruzione alla data 08.02.2008 (Fonte IAEA)
• La Svezia avrebbe dovuto abbandonare il nucleare a partire dal 1982 (Referendum del 1980): dei 12 reattori svedesi 2 sono stati
fermati mentre i rimanenti 10 impianti
continuano il loro esercizio producendo il 48% dell’energia elettrica.
• La Germania avrebbe dovuto abbandonare il nucleare entro il 2020 stabilendo di limitare a 35 anni la vita tecnologica degli impianti. Per ora solo 1 impianto su 18 è stato chiuso e i
17 reattori attualmente in esercizio producono
il 31,8% dell’energia elettrica.
• La Svizzera ha bocciato nel 2004 un
Referendum che chiedeva l’arresto delle 5 centrali nucleari in esercizio e la messa in mora della costruzione di nuovi impianti
• La Finlandia ha ritrattato la decisione di
abbandonare il programma nucleare e ha
avviato la costruzione di una quinta centrale
nucleare del tipo EPR da 1600 MWe.
REACTORS PLANNED Sept 2006
REACTORS PROPOSED
Sept 2006
No. MWe No. MWe
Argentina 0 0 1 1000
Armenia 0 0 1 1000
Brazil 1 1245 0 0
Bulgaria 2 1900 0 0
Canada 2 2000 0 0
China 13 12920 50 35880
Czech Rep. 0 0 2 1900
Egypt 0 0 1 600
France 1 1630 1 1600
India 4 2800 20 10360
Indonesia 0 0 4 4000
Iran 2 1900 3 2850
Israel 0 0 1 1200
Japan 11 14945 1 1100
Kazakhstan 0 0 1 300
REACTORS PROPOSED
Sept 2006 REACTORS
PLANNED Sept 2006
MWe No.
MWe No.
0 0
950 1
Korea DPR (North)
0 0
8250 7
Korea RO (South)
118,825 118,825 160160
68,021 68,021 6262
WORLD WORLD
2000 2
0 0
Vietnam
24000 21
2716 2
USA
0 0
1900 2
Ukraine
0 0
4500 3
Turkey
4000 24
165 1
South Africa
840 2
0 0
Slovakia
21600 18
9600 8
Russia
1995 3
0 0
Romania
1200 2
600 2
Pakistan
2000 2
0 0
Mexico
1000 1
0 0
Lithuania
• Il fabbisogno mondiale di energia primaria
(WTPES) è aumentato dal 1973 al 2005 del +86.6%
Fonte IEA – Key World Enegy Statistics (KWES) 2007
• Con un significativo
incremento in China (+8.1%), Asia (+5.6%), Medio Oriente (+3.3%), Africa (+1.8%),
America Latina (+0.7%)
Fonte IEA – KWES 2007
• La IEA (KWES 2007) stima che nel 2030 il fabbisogno mondiale di energia primaria (WTPES) aumenterà del
+49.5% o del +34.6% (a seconda dello scenario di previsione) rispetto al 2005
China +4.7% ÷ +4.3%
Asia +2.8% ÷ +2.5%
M.O. +1.6% ÷ +1.2%
Africa +0.3%
Am. Lat. +0.5% ÷ +0.4%
• Per far fronte a tale
necessità la IEA (KWES 2007) prevede (a seconda dello scenario di previsione):
Carbone +0.7% ÷ -2.5%
Gas +1.9% ÷ +1.2%
Olio comb. -2.4% ÷ -2.8%
Nucleare -1.3% ÷ +0.6%
Idroelettrico +0.2% ÷ +0.5%
Rinnovabili +0.9% ÷ +3.0%
2005 Mtoe
2030 RS Mtoe
Produzione
%
230 APS Mtoe
Produzione
%
IDROELETTRICO 251.6 410.4
+63.1%
415.8+65.3%
NUCLEARE 720.4 855.0
+18.7%
1 062.6+47.5%
GAS NATURALE 2367.0 3 864.6
+63.3%
3 372.6+42.5%
OLIO COMB. 4002.3 5 574.6
+39.3%
4 958.8+23.9%
CARBONE 2893.0 4 446.0
+53.7%
3 511.2+21.4%
ALTERNATIVE + COMBUSTIBILE RINN. & WASTE
1200.7 1 949.4
+62.3%
2 079.0+73.1%
TOTALE (TPES)
TOTALE (TPES) 11 43511 435 17 10017 100 +49.5%+49.5% 15 40015 400 +34.6%+34.6%
Fonte IEA – KWES 2007
• La produzione mondiale di energia elettrica (EG) è aumentata dal 1973 al
2005 del +298.1%
Fonte IEA – KWES 2007
• Con un significativo incremento in China
(+11.1%), Asia (+6.2%), Medio Oriente (+2.9%), Africa (+1.3%), America Latina (+2.4%)
Fonte IEA – KWES 2007
• Secondo la U.S. Energy Information Administration (US EIA EO 2007) la
domanda di energia elettrica aumenterà del +85%, da 16 424 TWh nel 2004 a 22 289 TWh nel 2015 a 30 364 TWh nel 2030, con un incremento annuo medio di +3.5% negli Stati non-OECD e del +1.3% negli Stati
OECD.
• Secondo lo Scenario di Riferimento (RF) della IEA (KWES 2007) la potenza elettrica
mondiale installata da fonte nucleare
aumenterà da 368 GWe nel 2005 fino ad
arrivare a 417 GWe nel 2030 (+13.3% rispetto al 2005) con una produzione stimata di 3 289 TWh (+18.7% rispetto al 2005 - circa il 11.5%
del fabbisogno di energia elettrica mondiale)
• Nello Scenario Alternativo (APS) dell’IEA la potenza elettrica nucleare mondiale installata nel 2030 dovrebbe arrivare a 519 GWe
(+41.0% rispetto al 2005) con una produzione stimata di 4 088 TWh (+47.6% rispetto al 2005 - circa il 14.2% del fabbisogno di energia
elettrica mondiale)
Le Fonti CONVENZIONALI
• Le riserve di greggio sono stimate in circa 1 300 miliardi di barili (IEA 2005) a fronte di un consumo giornaliero di 80 milioni di barili, poco meno di trenta miliardi di barili
all’anno. La durata di tali riserve è stimata inferiore ai 50 anni.
• Lo stesso discorso vale per il gas naturale, le cui riserve sono stimate in 176 000 miliardi di Nm
3(IEA 2005), circa 160 Gtep, per un periodo di autonomia stimato inferiore ai 70 anni.
• Quanto alle riserve carbone sono stimate in circa 900
Gton (IEA 2005), per un periodo di autonomia di circa 200 anni, ma con problemi evidenti di impiego relativi
all’inquinamento ambientale
• La FONTE NUCLEARE (Fonte OECD NEA & IAEA, Uranium 2005) - le riserve di uranio convenzionali già identificate per le quali il
minerale è estraibile ad un costo < 130 $/kg U sono 4.74 milioni di tonnellate
- le riserve di uranio convenzionali ipotizzate per le quali il minerale è estraibile ad un costo < 130 $/kg U sono 7.70 milioni di tonnellate - le riserve di uranio convenzionali ipotizzate per le quali il minerale è
estraibile ad un costo non definito sono 2.98 milioni di tonnellate - le riserve di uranio non convenzionali (ad es. miniere di minerali
fosfatici) per le quali il minerale è estraibile ad un costo 60 ÷ 100 $/kg U (come sottoprodotto della produzione di acido fosforico) sono
stimate in 22 milioni di tonnellate
- il consumo annuo mondiale di uranio nel 2004 è stato di circa 67,000 ton, quindi centinaia di anni di autonomia
- al costo di 1000 $/kg U si potrebbero recuperare 20 miliardi di
tonnellate dall’acqua del mare! (Nel terreno ci sono 4 o 5 milligrammi per chilo di terreno; nel mare 3 o 4 milligrammi di uranio per tonnellata d’acqua
- Tutto questo senza considerare l’impiego dei reattori “autofertilizzanti”
tonnes U percentage of world
Australia 1,143,000 24%
Kazakhstan 816,000 17%
Canada 444,000 9%
USA 342,000 7%
South Africa 341,000 7%
Namibia 282,000 6%
Brazil 279,000 6%
Niger 225,000 5%
Russian Fed. 172,000 4%
Uzbekistan 116,000 2%
Ukraine 90,000 2%
Jordan 79,000 2%
India 67,000 1%
China 60,000 1%
Other 287,000 6%
Distribuzione geografica delle riserve di uranio convenzionali identificate estraibili ad un
costo < US$ 130/kg U,
Fonte: OECD NEA & IAEA, Uranium 2005
Le fonti rinnovabili 1. Idroelettrica
2. Biomasse e Rifiuti
3. Fonti “Alternative”: solare, eolico, geotermoelettrico, maree
Le Fonti “Alternative” potranno offrire in futuro un contributo significativo ma mai sostitutivo delle fonti convenzionali. Per
questo motivo bisognerebbe denominarle più
correttamente Fonti “INTEGRATIVE”.
Fonte IEA – RGES 2007
Fonte IEA – RGES 2007
Fonte IEA – RGES 2007
Fonte IEA – RGES 2007
Fonte IEA – RGES 2007
• Oltre ad un limite dovuto alla disponibilità delle fonti alternative, esiste anche un limite tecnico di immissione nella rete elettrica dell’energia da esse prodotta.
• Infatti, per ragioni legate alla flessibilità della
gestione della rete elettrica, il contributo delle
fonti energetiche intermittenti (come solare,
eolico, maree) dovrebbe essere limitato tra il
10% e il 20% della potenza elettrica totale
allacciata alla rete.
FONTE: U.S. National Climatic Data Center 2005
Fonte IEA – KWES 2007
• Le emissioni mondiali di CO
2legate alla
produzione di energia
sono aumentate dal 1973
al 2005 del +73.3%
• Con un significativo incremento in China
(+13.1%), Asia (+6.5%), Medio Oriente (+3.6%), Africa (+1.2%), America Latina (+0.8%)
Fonte IEA – KWES 2007
Fonte IEA – WEO 2007
• Nello Scenario di Riferimento IEA le emissioni mondiali di CO
2legate al consumo di energia aumenteranno di circa il 48% tra il 2005 e il 2030, raggiungendo i 40 MDL di tonnellate.
• Nello Advanced Policy Scenario dell’IEA le
emissioni mondiali di CO
2legate al consumo di energia aumenteranno di circa il 25% tra il 2005 e il 2030, raggiungendo i 33,4 MDL di
tonnellate.
• Una centrale a carbone da 1000 MWe rilascia in un anno nell’atmosfera circa 7 milioni di ton di CO
2, una centrale a olio combustibile ne rilascia circa 6 milioni e una centrale a gas metano ne rilascia circa 4 milioni.
• Per quanto riguarda le emissioni di SO
2e di NOx le centrali a carbone rilasciano circa
60.000 ton all’anno e 22.000 ton all’anno
rispettivamente, seguite dalle centrali ad olio combustibile (circa 43.000 ton e 10.000 ton
all’anno rispettivamente) e a gas (circa 12.000
ton all’anno di NOx).
Nuclear generation 2005
OPERABLE at May 2006
Approx CO2 avoided per year
billion kWh % e No. MWe million tonnes
Argentina 6.4 6.9 2 935 6
Armenia 2.5 43 1 376 6
Belgium 45.3 56 7 5728 45
Brazil 9.9 2.5 2 1901 9
Bulgaria 17.3 44 4 2722 17
Canada 86.8 15 18 12595 85
China 50.3 2 10 7587 50
Taiwan 38.4 20 6 4884 36
Czech Rep. 23.3 31 6 3472 23
Finland 22.3 33 4 2676 22
France 430.9 79 59 63473 430
Germany 154.6 31 17 20303 154
Hungary 13 37 4 1755 13
FONTE WNA 2006
2005 2006 year
billion kWh % e No. MWe million tonnes
Korea RO (S) 139.3 45 20 16840 139
Lithuania 10.3 70 1 1185 10
Mexico 10.8 5 2 1310 10
Netherlands 3.8 3.9 1 452 3
Pakistan 2.4 2.8 2 425 2
Romania 5.1 8.6 1 655 5
Russia 137.3 16 31 21743 130
Slovakia 16.3 56 6 2472 16
Slovenia 5.6 42 1 676 5
South Africa 12.2 5.5 2 1842 12
Spain 54.7 20 8 7442 50
Sweden 69.5 45 10 8938 69
Switzerland 22.1 32 5 3220 22
Ukraine 83.3 49 15 13168 83
UK 75.2 20 23 11852 75
USA 780.5 19 103 98054 780
• La Germania è il paese in Europa che fa il più largo impiego di energia eolica. Nel 2005 la potenza eolica installata era di 18.428 MW che ha generato 27.2 TWh di energia
elettrica pari al 4.6% del fabbisogno
nazionale di energia elettrica (586 TWh).
• Nello stesso anno la potenza nucleare
installata era di 20.339 MW che ha prodotto 163.0 TWh di energia elettrica pari al 27.8%
del fabbisogno nazionale di energia elettrica .
• L’energia elettrica prodotta da tutto il parco eolico della Germania equivale all’energia elettrica prodotta da 3 impianti termoelelettrici da ~ 1000 MWe (costo di
costruzione ~ 3 MLD €) o da 2 impianti nucleari da ~1600 MWe (EPR - costo di costruzione ~ 6 MLD €).
• Quindi, la Germania ha investito circa 20 MLD € per ridurre il consumo di combustibile fossile del 7% per la produzione di energia elettrica e di poco più del 2% per la produzione di energia totale. In questo modo ha ridotto l’emissione di CO
2in atmosfera di circa 26 milioni di ton equivalenti.
• Se lo stesso investimento fosse stato utilizzato per la costruzione di 7 impianti nucleari da 1600 MWe la Germania avrebbe ridotto il consumo di combustibile
fossile del 22% e ridotto le emissioni di CO
2in atmosfera di circa 85 milioni di ton equivalenti producendo il triplo
dell’energia elettrica a un terzo del costo!
• Sebbene il costo di costruzione di un impianto nucleare sia piuttosto elevato rispetto a quello di altri impianti di produzione di energia
elettrica (2.000 – 2.500 $/kWe), il costo del kilowattora da fonte nucleare è spesso il più economico e comunque sempre
estremamente competitivo se confrontato con
quello prodotto dalle altre fonti convenzionali
(carbone, olio combustibile e gas naturale).
US 2003 cents/kWh, Discount rate 5%, 40 year lifetime, 85% load factor.
country nuclear coal gas
Finland 2.76 3.64 -
France 2.54 3.33 3.92
Germany 2.86 3.52 4.90
Switzerland 2.88 - 4.36
Netherlands 3.58 - 6.04
Czech Rep 2.30 2.94 4.97
Slovakia 3.13 4.78 5.59
Romania 3.06 4.55 -
Japan 4.80 4.95 5.21
Korea 2.34 2.16 4.65
USA 3.01 2.71 4.67
Canada 2.60 3.11 4.00
Voci di Costo della fonte Nucleare Valore cent
€/kWh (*)
%
Investimento Capitale (**) 1.27
0.42
1.11 0.16 0.19 3.153.15
40 Approvvigionamento e
fabbricazione combustibile
14
Esercizio e Manutenzione (O&M) 35
Gestione delle scorie (***) 5
Smantellamento Impianto (****) 6
TOTALE costo di produzione
TOTALE costo di produzione 100100
(*) Cambio1 € = 1.15 $
(**) Tasso 5% annuo – ammortamento in 30 anni – Investimento iniziale 1,5 MLD € (***) 5% del costo di produzione del kWh
(****) 15% del costo capitale iniziale
Calcolo sulla base dei dati ricavati da Fonte OECD/IEA NEA 2005
Fase di Produzione del combustibile nucleare
Costo
Totale %
US$ 722 US$ 85 US$ 586 US$ 240 US$ US$ 1633 1633
Acquisto U
3O
88 kg x $90.20 44
Conversione 7 kg U x $12 5
Arricchimento 4.8 SWU x $122 36
Fabbricazione per kg 15
TOTALE per kg di combustibile:
TOTALE per kg di combustibile: 100 100
• Se l’uranio grezzo costasse 1000 $/kg il kilowattora nucleare sarebbe ancora
competitivo!
• Questo perchè il costo dell’uranio grezzo
incide solo per il 4% - 6 % sul costo finale del kilowattora da fonte nucleare.
• Se il costo dell’uranio grezzo raddoppiasse il
prezzo del kilowattora aumenterebbe solo del
4% - 6 %; un analogo aumento del prezzo del
gas comporterebbe un aggravio di costo del
kilowattora del 50 - 60 %.
• L’Italia importa l’84,6% del suo fabbisogno
energetico globale (~190 Mtep) e l’84,7% del
fabbisogno di energia elettrica (~330 TWh) che è così coperto ( dati società TERNA 2004 ): 37.3%
gas naturale,16.4% fonti rinnovabili (di cui 14.3% idroelettrico, 1.6% geotermoelettrico, 0.5% eolico e solare ),13.6% derivati petroliferi, 13.0% carbone, 13.1% importazione diretta di energia elettrica (principalmente dalla Francia dove ben 6 centrali nucleari delle dimensioni
dell’impianto di Caorso lavorano per noi), 6.6%
“altri combustibili” (1.6% biomasse e rifiuti).
• Risultato: per produrre energia elettrica l’Italia brucia più petrolio di qualunque altro Paese
europeo e il costo di produzione del nostro
kilowattora risulta il più caro d’Europa (circa 5,7 centesimi di euro), il 60% sopra la media
europea, il doppio della Francia e il triplo della
Svezia.
4.2%4.2%
8.87%
8.87%
3.05%
3.05%
3.91%
3.91% 4.14%4.14%
• Nello Scenario di Riferimento (RF) della IEA
(World Energy Outlook 2007) l a domanda
mondiale di petrolio dagli 84 milioni di
barili al giorno del 2005 raggiungerà i
99 milioni di barili al giorno nel 2015 e i
116 milioni nel 2030 (+38%)
+27%+27%
Dati TERNA s.p.a. 2006
+26%+26%
lorda richiesta giornaliera
(dicembre 2005)
8.17%
8.17%
• Secondo il Rapporto Annuale Energia e Ambiente 2005 dell’ENEA, solamente per quanto riguarda il settore energetico, dal 1990 al 2003 le emissioni annue di CO
2equivalente in Italia sono
aumentate di 54 milioni di ton, ossia, del +13.4%. Nel 2004 l’Italia ha riversato
nell’ambiente complessivamente 583 milioni di ton di CO
2equivalente, ben 96 milioni di ton in eccedenza rispetto a quanto previsto
dall’applicazione del Protocollo di Kyoto.
• Si stima che, in assenza di immediati interventi correttivi, per poter ottemperare all’impegno di tagliare le emissioni di gas serra (biossido di
carbonio, metano, protossido di azoto,
idrofluorocarburi, perfluorocarburi e esafluoro di zolfo) del 6,5% rispetto ai livelli del 1990, l'Italia dovrà ridurre nel 2012 le emissioni di CO
2equivalente di circa 129 milioni di
tonnellate/anno, ossia di ~ 21%!
• Sulla base delle valutazioni della Banca
Mondiale, il raggiungimento di tale obbiettivo
costerà al nostro Paese diverse decine di miliardi
di euro. Per confronto è bene notare che, grazie
alle sue 59 centrali nucleari, la Francia evita di
rilasciare nell’ambiente ogni anno ben 430
milioni di tonnellate di CO
2equivalente e che,
proprio per questo motivo, il costo che dovrà
sostenere per l’applicazione del Protocollo di
Kyoto sarà decine di volte inferiore a quello che
dovrà sostenere l’Italia.
• Supponiamo di installare in Italia nei prossimi anni 10 GWe di impianti eolici (~ 14% della potenza
elettrica totale installata) con una spesa di circa 11 MLD €.
• In questo modo potremmo produrre circa 15 TWh di energia elettrica da fonte eolica, pari a 4,5% del fabbisogno nazionale di energia elettrica riducendo il consumo di combustibile fossile del 7% per la
produzione di energia elettrica e di poco più del 2%
per la produzione di energia totale
• In questo modo potremmo ridurre l’emissione di CO 2 in atmosfera di circa 15 milioni di ton
equivalenti, ossia del 2,6%.
• Se lo stesso investimento fosse utilizzato per la costruzione di 4 impianti nucleari da 1600 MWe potremmo ridurre il consumo di combustibile fossile del 24% e le emissioni di CO 2 in
atmosfera di circa 50 milioni di ton equivalenti (ossia del 8,6%) producendo il 15% del
fabbisogno nazionale di energia elettrica (50 TWh) a un terzo del costo!
• Con la costruzione di 10 impianti nucleari da
1600 MWe (30 MLD €), l’Italia sarebbe in grado
di soddisfare il protocollo di Kyoto!
• Il Giappone è uno Stato povero di materie prime simile all’Italia che soddisfa il suo fabbisogno di energia primaria con (Fonte IEA 2005) :
Carbone 21.1%
Oil 47.4%
Nucleare 15.0%
Gas Naturale 13.3%
Idroelettrico 1.3%
Combustibili rinnovabili & Waste 1.2%
Geotermico, Eolico, Solare 0.7%
• Il Giappone soddisfa il fabbisogno di energia elettrica con (Fonte IEA 2005) :
Carbone 28.1%
Nucleare 27.6 %
Gas Naturale 21.0%
Oil 13.2%
Idroelettrico 7.8%
Combustibili rinnovabili & Waste 1.8%
Geotermico 0.3%
Eolico 0.2%
• L’energia nucleare da fissione è attualmente l’unica fonte disponibile che è contemporaneamente abbondante,
economicamente ed energeticamente conveniente ed eco- compatibile (in particolare per quanto riguarda l’effetto serra)
• I reattori di nuova generazione, alcuni dei quali sono già in fase di costruzione (GEN III), sono caratterizzati da livelli di sicurezza più elevati, da una migliore capacità di gestione delle scorie e del combustibile e da una maggior economicità
• Almeno per i prossimi 100 anni l’energia nucleare sarà
una fonte energetica indispensabile e, probabilmente, lo
sarà per molto più a lungo
• A livello mondiale tale prospettiva è ampiamente condivisa: dimostrazione ne è la ripresa massiccia della costruzione di nuovi impianti nucleari di
potenza e l’intensa attività di ricerca e sviluppo nell’ambito degli impianti di nuova generazione.
• In questo panorama internazionale l’Italia ha mostrato un timido cambiamento di rotta:
- l’ENEL ha acquistato il 66% della Slovenske Elektrame, ex società energetica di stato della Slovacchia che possiede due reattori nucleari in esercizio
- Sempre l’ENEL, ha siglato un’importante accordo
con la francese EDF per partecipare al programma
per la realizzazione del nuovo reattore nucleare EPR
• Queste iniziative sono certamente un passo avanti rispetto al passato ma non sono minimante sufficienti.
• Infatti, se si vorrà garantire all’Italia un futuro competitivo e agli Italiani una elevata qualità della vita sarà necessario predisporre un serio Piano Energetico Nazionale che non potrà certamente prescindere dall’impiego dell’energia nucleare.
• Per sostenere tale nuova politica energetica sarà
necessario anche un progetto di rilancio della cultura
nucleare in Italia nel quale le Università italiane avranno il ruolo (e il dovere) fondamentale di preservare e
promuovere la cultura scientifica nucleare e di garantire
una formazione tecnica adeguata a coloro che saranno
chiamati a gestire tale sistema produttivo in Italia.
• Tenendo presente che, data la situazione, la domanda alla quale siamo chiamati a rispondere non è SE l’Italia
dovrà realizzare nuovi impianti nucleari, ma QUANDO?
• … e prima sarà … meglio sarà!
• Nonostante gli avanzati sistemi di
abbattimento, anche le polveri rilasciate in
atmosfera sono tutt’altro che trascurabili: 100 ton all’anno per le centrali a gas, 1.300 ton all’anno per quelle a carbone e 1.600 ton all’anno per le centrali a olio combustibile.
• Vale anche la pena ricordare che una centrale
a carbone da 1.000 MWe rilascia in atmosfera
ogni anno, sotto forma di polveri che ricadono
nelle immediate vicinanze dell’impianto, da 13
a 39 chili di uranio e da 32 a 96 chili di torio
Una centrale elettronucleare da 1000 MW elettrici (in grado di soddisfare il fabbisogno energetico di circa un milione di persone) produce ogni anno circa 100 metri cubi
(equivalenti al volume di una stanza quadrata di 5 metri di lato e 4 metri di altezza) di rifiuti solidi e liquidi così ripartiti:
- 3 m
3di rifiuti a alta attività
- 7 m
3di rifiuti a media attività
- 90 m
3di rifiuti a bassa attività
Le SCORIE nucleari si possono suddividere in tre categorie:
• Low-level Wastes (LLW): Comprendono carta, oggetti vari, vestiti, filtri, etc. che contengono piccoli quantitativi di radioisotopi prevalentemente a breve vita media. Non richiedono schermature per la manipolazione né per il trasporto e possono essere collocate in depositi superficiali senza problemi. Spesso, per ridurne il volume, vengono compattate o
incenerite prima di essere collocate nei depositi. Rappresentano il 90%
del volume totale delle scorie ma solamente il 1% di inventario di radioattività.
• Intermediate-level Wastes (ILW): Contengono un maggior quantitativo di radioattività ed alcune richiedo di essere schermate. Comprendono
tipicamente resine, fanghi, camicie del combustibile, materiali e
componenti contaminati che provengono dall’impianto. Gli oggetti più piccoli e i materiali non-solidi possono essere inglobati nel cemento o nel bitume prima di essere collocati nei depositi. Rappresentano il 7%
del volume totale delle scorie e il 4% di inventario di radioattività
• High-level Wastes (HLW): Derivano dall’impiego del combustibile nucleare. Contengono prodotti di fissione e elementi transuranici generati durante il funzionamento dell’impianto. Sono altamente radioattive e calde, quindi necessitano di pesanti schermature e di sistemi di raffreddamento. Possono essere considerate le “ceneri” dell bruciamento del combustibile nucleare. Rappresentano il 3% del volume
• I rifiuti a media e bassa attività sono confezionati in fusti in acciaio e temporaneamente stoccati in depositi di
superficie presso l’impianto o inceneriti in appositi impianti di trattamento.
• I rifiuti ad alta attività sono condizionati mediante
cementazione, vetrificazione, ceramizzazione, ed altri processi di trattamento e sono custoditi
temporaneamente in depositi localizzati presso gli impianti (Interim Site Repository) in attesa di essere
trasferiti nei depositi per lunga giacenza (2.4 ha per un impianto PWR). In queste condizioni di deposito, il
materiale all’interno dei fusti non è suscettibile di
essere vaporizzato o diffuso su vaste estensioni.
• I depositi “definitivi”, verranno costruiti all’interno di formazioni geologiche particolarmente stabili quali formazioni saline o di rocce granitiche
• Negli USA esistono già due depositi definitivi:
quello di Carlsbad, nel New Mexico, e quello di Savannah River, nella Carolina del Sud, che ospitano all’interno di una formazione salina scorie nucleari militari. Sempre gli USA stanno iniziando la costruzione di un altro deposito
definitivo a Yucca Mountain, nel Nevada
• Il Belgio, la Finlandia, la Svizzera, la Svezia, il Canada e il Giappone stanno approntando
depositi definitivi. La Francia, nella regione della
Meuse, a 445 metri di profondità, sta scavando
gallerie sperimentali in una formazione di argille
• La localizzazione delle scorie in tali depositi,
congiuntamente alla realizzazione di adeguati contenitori, può garantire il confinamento per tempi molto lunghi senza rischi significativi per l’ambiente e per la salute delle
popolazioni.
• il confinamento delle scorie nucleari è una attività
certamente migliorabile ma già oggi tecnicamente gestibile e i depositi in costruzione nel mondo dimostrano che con una adeguata informazione della popolazione tale
soluzione risulta accettabile anche da un punto di vista sociale.
• Le nuove tecnologie per il riprocessamento (o riciclaggio) del combustibile nucleare esausto e l’impiego futuro di
reattori autofertilizzanti con ciclo del combustibile chiuso e di sistemi di bruciamento delle scorie contribuiranno in
maniera determinante ad ottimizzare la gestione dei rifiuti
nucleari ad alta attività e a migliorare l'accettabilità sociale
della produzione di energia elettrica da fonte nucleare.
Plutonium recycling
Spent Fuel Direct disposal
Uranium Ore (mine)
Time (years)
R el at iv e ra di o to xi ci ty
P&T of MA
Pu + MA + FP MA +
FP
FP
• In 50 anni di storia e in 12.000 anni cumulativi di esercizio si sono verificati solamente 2 incidenti importanti in impianti nucleari ad uso civile per la produzione di energia elettrica:
- Three Miles Island (USA 1979) livello INES 5 - Chernobyl (UKR 1986) livello INES 7
• Grazie alla presenza del contenitore esterno, qualunque tipologia di incidente nucleare in una moderna centrale occidentale già oggi non può superare il livello 5 della scala INES (parziale attivazione delle misure protettive di emergenza).
• Nel caso dell’EPR non viene superato il livello 4
(incidente senza rischi esterni al sito). Quindi, nel caso dell’EPR nessun incidente può comportare conseguenze rilevanti né per la salute delle popolazioni residenti
nell’intorno del sito né per l’ambiente.
Nel 2006 è stato pubblicato dall’WHO (Organizzazione Mondiale della Sanità) il rapporto “Heath Effects of the
Chernobyl Accident and Special Heathcare Programmes”. Il Rapporto stabilisce che allo stato attuale delle conoscenze la valutazione delle conseguenze dell'incidente di Chernobyl è la seguente:
FONTE WHO 2006
FONTE WHO 2006
~ 933,000 ~ 9,000 < +1%
FONTE WHO 2006
Place year number killed comments Machhu II, India 1979 2500 hydro-electric dam failure Hirakud, India 1980 1000 hydro-electric dam failure Ortuella, Spain 1980 70 gas explosion
Donbass, Ukraine 1980 68 coal mine methane explosion
Israel 1982 89 gas explosion
Guavio, Colombia 1983 160 hydro-electric dam failure Nile R, Egypt 1983 317 LPG explosion
Cubatao, Brazil 1984 508 oil fire
Mexico City 1984 498 LPG explosion
Tbilisi, Russia 1984 100 gas explosion
northern Taiwan 1984 314 3 coal mine accidents
Piper Alpha, North Sea 1988 167 explosion of offshore oil platform Asha-ufa, Siberia 1989 600 LPG pipeline leak and fire
Dobrnja, Yugoslavia 1990 178 coal mine Hongton, Shanxi, China 1991 147 coal mine
Belci, Romania 1991 116 hydro-electric dam failure Kozlu, Turkey 1992 272 coal mine methane explosion
Durunkha, Egypt 1994 580 fuel depot hit by lightning Seoul, S.Korea 1994 500 oil fire
Minanao, Philippines 1994 90 coal mine Dhanbad, India 1995 70 coal mine
Taegu, S.Korea 1995 100 oil & gas explosion Spitsbergen, Russia 1996 141 coal mine
Henan, China 1996 84 coal mine methane explosion Datong, China 1996 114 coal mine methane explosion Henan, China 1997 89 coal mine methane explosion Fushun, China 1997 68 coal mine methane explosion Kuzbass, Russia/Siberia 1997 67 coal mine methane explosion Huainan, China 1997 89 coal mine methane explosion Huainan, China 1997 45 coal mine methane explosion Guizhou, China 1997 43 coal mine methane explosion Donbass, Ukraine 1998 63 coal mine methane explosion Liaoning, China 1998 71 coal mine methane explosion Warri, Nigeria 1998 500+ oil pipeline leak and fire Donbass, Ukraine 1999 50+ coal mine methane explosion Donbass, Ukraine 2000 80 coal mine methane explosion Shanxi, China 2000 40 coal mine methane explosion Guizhou, China 2000 150 coal mine methane explosion Shanxi, China 2001 38 coal mine methane explosion Sichuan, China 2002 23 coal mine methane explosion Jixi, China 2002 115 coal mine methane explosion Gaoqiao, SW China 2003 234 gas well blowout with H2S Kuzbass, Russia 2004 44 coal mine methane explosion
A. Borio – Pavia 07.04.2008
